四川省（对口招生）智能制造类 《机械基础》项目五任务三 45分钟专题训练卷

四川省（对口招生）智能制造类《机械基础》45分钟专题训练卷专辑，共158份试卷。试卷命题与高考紧密相关，精选具有代表性和典型性的高考常考题。旨在帮助学生系统地复习和巩固智能制造类理论知识，熟悉高考题型和命题规律，提高解题能力和应试技巧，为高考取得优异成绩打下坚实的基础，本训练卷适用于即将参加智能制造类高考的学生。 与本专辑配套的还有四川省对口招生考试《机械制图》《金属加工与实训》45分钟专题训练卷专辑，欢迎同学和老师们下载使用。 四川省（对口招生）智能制造类 《机械基础》 项目五：机器与机构 任务三：运动副的自由度与约束 时间：45分钟 总分：100分 班级＿＿＿＿　姓名＿＿＿＿　学号＿＿＿＿　成绩＿＿＿＿ 一、单项选择题（本大题共16小题，每题3分，共48分） 1. ______不会影响机构自由度的计算（ ） A. 引入虚约束 B. 构件的材料 C. 引入复合铰链 D. 引入局部自由度 2. 平面运动副中，低副的接触形式是（ ） A. 点接触 B. 线接触 C. 面接触 D. 无接触 3. 当机构的原动件数少于机构的自由度时，机构（ ） A. 运动确定 B. 构件会损坏 C. 运动不确定 D. 无法判断 4. 机构中自由度为零时，意味着机构处于什么状态？（ ） A. 加速运动 B. 匀速运动 C. 完全静止 D. 减速运动 5. 平面运动副中，低副的自由度为（ ） A. 1 B. 2 C. 3 D. 4 6. 转动副的约束数为（ ） A. 1 B. 3 C. 2 D. 4 7. 一个平面机构中，有5个活动构件，7个低副，2个高副，则该机构的自由度为（ ） A. 0 B. 1 C. 2 D. 3 8. 两构件组成运动副的条件是（ ） A. 直接接触且具有相对运动 B. 直接接触且不具有相对运动 C. 不直接接触且具有相对运动 D. 不直接接触且无相对运动 9. 在平面机构自由度计算中，哪一项不是计算所需的输入量？ A. 运动副的数量 B. 构件的数量 C. 联杆数 D. 机构的自由度 10. 在平面机构中，构件甲与构件乙通过销轴连接，连接后两构件可绕销轴相对转动，但不能相对移动。该运动副保留的相对自由度数是（ ） A. A. 一个转动自由度 B. B. 一个移动自由度 C. C. 两个平面自由度 D. D. 三个空间自由度 11. 机构自由度计算公式F=3n-2PL-PH中，n表示（ ） A. 活动构件数 B. 低副数 C. 高副数 D. 原动件数 12. 空间自由刚体在未受任何约束时，具有的独立运动形式是（ ） A. 沿三个轴移动和绕三个轴转动 B. 沿三个轴移动和绕两个轴转动 C. 沿两个轴移动和绕三个轴转动 D. 沿两个轴移动和绕两个轴转动 13. 在机构中，两个构件以面接触方式构成的运动副称为（ ） A. 高副 B. 转动副 C. 低副 D. 移动副 14. 工业机械臂的关节采用圆柱副连接两个构件，该运动副在空间中（ ） A. 保留绕轴转动，施加五个约束 B. 保留沿轴移动，施加五个约束 C. 保留绕轴转动、沿轴移动，施加四个约束 D. 保留绕轴转动，施加四个约束 15. 自动夹具的摆动压板通过转轴与机架连接，压板只在同一平面内运动。该压板（ ） A. 具有0个自由度和受到3个约束 B. 具有1个自由度和受到2个约束 C. 具有2个自由度和受到1个约束 D. 具有3个自由度和受到0个约束 16. 某平面自动送料机构由5个构件（含机架）组成，构件间有5个低副和1个高副。关于该机构驱动配置的判断，正确的是（ ） A. 该机构有1个自由度且可由一个原动件驱动 B. 该机构有2个自由度且可由两个原动件驱动 C. 该机构有0个自由度且不能产生相对运动 D. 该机构有3个自由度且需由三个原动件驱动 二、判断题（本大题共12小题，每题2分，共24分） 17. 运动副的存在会增加机构的自由度。（ ） 18. 平面机构中，引入一个高副将引入1个约束。（ ） 19. 在平面机构中，两个构件以圆柱面接触并保持相切时，该接触只限制一个相对自由度，因此形成的运动副有两个自由度。（ ） 20. 平面机构中，高副引入的约束数比低副多。（ ） 21. 局部自由度是与机构运动无关的自由度。（ ） 22. 运动副的作用是连接两个构件、限制构件的运动和传递力和运动。（ ） 23. 一个运动副引入的约束数一定小于或等于3。（ ） 24. 自由度是机构中各个构件相对于机架能够产生独立运动的数目。（ ） 25. 平面机构中，两个构件用螺栓紧固后无相对运动，该连接限制了构件间的三个相对自由度。（ ） 26. 任何情况下，机器的自由度都不应该为零，因为这将导致机器无法运动。（ ） 27. 平面运动副的最大约束为2，最小约束为1。（ ） 28. 机构中的自由度数等于其活动构件数。（ ） 三、简答题（本大题共5小题，每题2分，共10分） 29. 机构具有确定运动的条件是什么？ 30. 简述平面机构自由度的计算方法及计算时需注意的事项。 31. 简述平面机构中构件的自由度与运动副约束的含义，并说明转动副和移动副对两个构件相对运动的限制。 32. 某自动送料装置采用曲柄滑块机构，由机架、曲柄、连杆和滑块组成。简述该机构的运动副构成，并说明其自由度及驱动要求。 33. 某平面分拣执行机构除机架外有5个活动构件，构件之间形成6个低副和1个高副。现拟采用电动机驱动该机构完成稳定的预定分拣动作。（1）计算该机构的自由度。（2）判断仅配置1台电动机能否使机构运动状态唯一确定。（3）说明使该机构能够按预定规律稳定工作的处理措施。 四、综合应用题（本大题共3小题，共18分） 34.（4分）某自动分拣设备采用平面四杆机构驱动摆臂，将输送带上的工件推入指定料道。该机构除机架外有3个活动构件，各构件之间形成4个低副，不含高副。（1）计算该平面四杆机构的自由度及总约束数。（2）判断该机构采用1台伺服电机驱动是否能够实现确定运动，并说明理由。（3）若其中一个转动副因销轴磨损产生较大间隙，分析其对摆臂运动精度的影响，并提出1项改进措施。 35.（4分）某工业机器人末端抛光装置采用空间串联调整机构，装置除机架外有3个活动构件，构件之间依次采用3个转动副连接。每个转动副均可提供5个约束。（1）计算该空间调整机构的自由度。（2）判断该机构能否实现末端工具在空间中的6自由度独立定位，并说明理由。（3）为增加末端工具沿一个方向的独立直线调整功能，技术人员计划在机构中串联增加1个移动副和1个活动构件。计算改进后机构的自由度。 36.（10分）某数控焊接夹具采用平面连杆与凸轮复合机构实现工件夹紧和松开。该机构除机架外有6个活动构件，包含8个低副和1个高副。现有设计要求仅通过1台液压缸完成夹紧动作；后续生产工艺要求夹具增加一个可独立调节的侧向定位动作。（1）计算现有复合机构的总约束数和自由度。（2）判断现有机构能否同时由两台液压缸进行完全独立的驱动，并说明理由。（3）若在原机构中串联增加1个活动滑块和1个移动副，用于实现侧向定位调节，计算改进后机构的自由度，并说明液压驱动的配置要求。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $ 四川省（对口招生）智能制造类《机械基础》45分钟专题训练卷专辑，共158份试卷。试卷命题与高考紧密相关，精选具有代表性和典型性的高考常考题。旨在帮助学生系统地复习和巩固智能制造类理论知识，熟悉高考题型和命题规律，提高解题能力和应试技巧，为高考取得优异成绩打下坚实的基础，本训练卷适用于即将参加智能制造类高考的学生。 与本专辑配套的还有四川省对口招生考试《机械制图》《金属加工与实训》45分钟专题训练卷专辑，欢迎同学和老师们下载使用。 四川省（对口招生）智能制造类 《机械基础》 项目五：机器与机构 任务三：运动副的自由度与约束 时间：45分钟 总分：100分 班级＿＿＿＿　姓名＿＿＿＿　学号＿＿＿＿　成绩＿＿＿＿ 一、单项选择题（本大题共16小题，每题3分，共48分） 1. ______不会影响机构自由度的计算（ ） A. 引入虚约束 B. 构件的材料 C. 引入复合铰链 D. 引入局部自由度 【答案】B 【解析】构件的材料对机构自由度的计算无直接影响。 2. 平面运动副中，低副的接触形式是（ ） A. 点接触 B. 线接触 C. 面接触 D. 无接触 【答案】C 【解析】平面运动副中，低副是面接触。 3. 当机构的原动件数少于机构的自由度时，机构（ ） A. 运动确定 B. 构件会损坏 C. 运动不确定 D. 无法判断 【答案】C 【解析】原动件数少于自由度，无法完全确定各构件的运动，会出现运动不确定的乱动情况 。 4. 机构中自由度为零时，意味着机构处于什么状态？（ ） A. 加速运动 B. 匀速运动 C. 完全静止 D. 减速运动 【答案】C 【解析】当机构自由度为零时，所有构件都受到足够的约束，机构处于完全静止状态。 5. 平面运动副中，低副的自由度为（ ） A. 1 B. 2 C. 3 D. 4 【答案】A 【解析】平面机构中，每个构件具有3个自由度。低副为面接触运动副，能够限制2个相对运动，因此低副本身允许的相对运动自由度为1，即低副的自由度为1。因此选A。 6. 转动副的约束数为（ ） A. 1 B. 3 C. 2 D. 4 【答案】C 【解析】转动副只能限制两个移动自由度，约束数为 2。 7. 一个平面机构中，有5个活动构件，7个低副，2个高副，则该机构的自由度为（ ） A. 0 B. 1 C. 2 D. 3 【答案】按题干数据计算，F=-1，选项中无正确答案。 【解析】平面机构自由度计算公式为F=3n-2PL-PH。代入n=5、PL=7、PH=2，得F=3×5-2×7-2=15-14-2=-1。由于计算结果为负值，说明按该公式及题设数据计算得到负自由度，通常意味着机构存在过约束，或题干数据、公式适用条件需要进一步核对。现有选项中没有-1，因此选项B“1”不正确，本题无正确选项。 8. 两构件组成运动副的条件是（ ） A. 直接接触且具有相对运动 B. 直接接触且不具有相对运动 C. 不直接接触且具有相对运动 D. 不直接接触且无相对运动 【答案】A 【解析】两构件组成运动副的条件是直接接触且具有相对运动 9. 在平面机构自由度计算中，哪一项不是计算所需的输入量？ A. 运动副的数量 B. 构件的数量 C. 联杆数 D. 机构的自由度 【答案】D 【解析】平面机构自由度的常用计算公式为F=3n-2PL-PH，其中n为活动构件数，PL为低副数，PH为高副数。因此，运动副的数量、构件的数量以及低副和高副的数量属于计算所需数据，而机构的自由度F是通过计算得到的结果，不是计算前的输入量。因此选D。 10. 在平面机构中，构件甲与构件乙通过销轴连接，连接后两构件可绕销轴相对转动，但不能相对移动。该运动副保留的相对自由度数是（ ） A. A. 一个转动自由度 B. B. 一个移动自由度 C. C. 两个平面自由度 D. D. 三个空间自由度 【答案】A 【解析】平面内两个构件原有三个相对自由度，销轴连接限制两个方向的相对移动，只保留绕销轴的相对转动，因此该运动副有一个自由度。 11. 机构自由度计算公式F=3n-2PL-PH中，n表示（ ） A. 活动构件数 B. 低副数 C. 高副数 D. 原动件数 【答案】A 【解析】n为活动构件数，PL为低副数，PH为高副数，用于计算机构自由度。 12. 空间自由刚体在未受任何约束时，具有的独立运动形式是（ ） A. 沿三个轴移动和绕三个轴转动 B. 沿三个轴移动和绕两个轴转动 C. 沿两个轴移动和绕三个轴转动 D. 沿两个轴移动和绕两个轴转动 【答案】A 【解析】空间自由刚体可沿三个坐标轴移动，也可绕三个坐标轴转动，共有6个自由度。 13. 在机构中，两个构件以面接触方式构成的运动副称为（ ） A. 高副 B. 转动副 C. 低副 D. 移动副 【答案】C 【解析】低副是两个构件以面接触构成的运动副，常见形式有转动副和移动副。 14. 工业机械臂的关节采用圆柱副连接两个构件，该运动副在空间中（ ） A. 保留绕轴转动，施加五个约束 B. 保留沿轴移动，施加五个约束 C. 保留绕轴转动、沿轴移动，施加四个约束 D. 保留绕轴转动，施加四个约束 【答案】C 【解析】空间自由刚体具有6个自由度。圆柱副允许构件绕圆柱轴线转动，并允许构件沿该轴线移动，因此保留2个自由度；其余4个自由度受到约束。所以该运动副应选C。 15. 自动夹具的摆动压板通过转轴与机架连接，压板只在同一平面内运动。该压板（ ） A. 具有0个自由度和受到3个约束 B. 具有1个自由度和受到2个约束 C. 具有2个自由度和受到1个约束 D. 具有3个自由度和受到0个约束 【答案】B 【解析】平面构件原有3个自由度，转动副限制两个移动自由度，压板仅能绕转轴转动。 16. 某平面自动送料机构由5个构件（含机架）组成，构件间有5个低副和1个高副。关于该机构驱动配置的判断，正确的是（ ） A. 该机构有1个自由度且可由一个原动件驱动 B. 该机构有2个自由度且可由两个原动件驱动 C. 该机构有0个自由度且不能产生相对运动 D. 该机构有3个自由度且需由三个原动件驱动 【答案】A 【解析】按平面机构公式F=3(n−1)−2PL−PH，代入n=5、PL=5、PH=1，得F=1，故需1个原动件驱动，选A。 二、判断题（本大题共12小题，每题2分，共24分） 17. 运动副的存在会增加机构的自由度。（ ） 【答案】错误 【解析】运动副会限制构件的自由度。 18. 平面机构中，引入一个高副将引入1个约束。（ ） 【答案】正确 【解析】在平面机构中，引入一个高副将引入1个约束，保留2个自由度。 19. 在平面机构中，两个构件以圆柱面接触并保持相切时，该接触只限制一个相对自由度，因此形成的运动副有两个自由度。（ ） 【答案】正确 【解析】平面内两个构件原有三个相对自由度，圆柱面相切接触形成一个约束，限制一个自由度后仍有两个相对自由度，因此该平面高副的自由度为两个。 20. 平面机构中，高副引入的约束数比低副多。（ ） 【答案】错误 【解析】低副（面接触）引入2个约束，高副（点/线接触）引入1个约束，故高副引入的约束数更少，表述错误。 21. 局部自由度是与机构运动无关的自由度。（ ） 【答案】正确 【解析】局部自由度与机构整体运动无关。 22. 运动副的作用是连接两个构件、限制构件的运动和传递力和运动。（ ） 【答案】正确 【解析】运动副用于连接构件、限制相对运动并传递力和运动。 23. 一个运动副引入的约束数一定小于或等于3。（ ） 【答案】正确 【解析】平面运动副中，低副引入2个约束，高副引入1个约束，空间运动副最多引入5个约束，所以一个运动副引入的约束数一定小于或等于3 。 24. 自由度是机构中各个构件相对于机架能够产生独立运动的数目。（ ） 【答案】正确 【解析】自由度是构件相对机架可独立运动的数目。 25. 平面机构中，两个构件用螺栓紧固后无相对运动，该连接限制了构件间的三个相对自由度。（ ） 【答案】正确 【解析】平面内两个构件之间原有两个相对移动和一个相对转动，共三个自由度。螺栓紧固使两构件相对位置固定，三个相对自由度均被约束。 26. 任何情况下，机器的自由度都不应该为零，因为这将导致机器无法运动。（ ） 【答案】错误 【解析】机器的自由度为零意味着机器具有确定的运动，这通常是设计时所期望的。例如，许多机械结构在工作时需要精确控制其运动，自由度为零可以确保这种精确性。 27. 平面运动副的最大约束为2，最小约束为1。（ ） 【答案】正确 【解析】平面运动副的最大约束数为2，这是因为平面物体最多可以有三个自由度（通常是沿x、y轴的移动和绕z轴的旋转），但要形成一个稳定的约束，通常需要两个约束。例如，通过两个点确定一条直线，或者通过两个相互垂直的直线确定一个平面，从而实现对物体的定位。因此，最大约束数为2。最小约束数为1，这是因为即使只有一个约束（如一个固定的支点），物体也可以在平面上进行一定的移动，但这个约束已经限制了物体的一部分自由度。 28. 机构中的自由度数等于其活动构件数。（ ） 【答案】错误 【解析】机构自由度不一定等于活动构件数，还取决于运动副及其约束。 三、简答题（本大题共5小题，每题2分，共10分） 29. 机构具有确定运动的条件是什么？ 【答案】机构的自由度F等于原动件数目。F>原动件数，运动不确定；F<原动件数，机构卡死。 【解析】此条件是机构正常工作的基础，确保运动按预定规律进行。 30. 简述平面机构自由度的计算方法及计算时需注意的事项。 【答案】- 计算方法：平面机构自由度计算公式为F = 3n - 2PL - PH，其中n为活动构件数，PL为低副数，PH为高副数 。 - 注意事项： - 复合铰链：两个以上构件在同一处以转动副相连，计算转动副数时，转动副数等于构件数减1 。 - 局部自由度：机构中某些构件的局部运动不影响其他构件运动，计算时应去除，如滚子从动件的滚子转动自由度 。 - 虚约束：在特定几何条件或结构条件下，重复引入且不起独立限制作用的约束，计算时应去除，如平行四边形机构中平行杆产生的虚约束 。 【解析】正确计算自由度是判断机构运动确定性和分析机构运动的关键，注意特殊情况可避免计算错误，准确把握机构运动特性 。 31. 简述平面机构中构件的自由度与运动副约束的含义，并说明转动副和移动副对两个构件相对运动的限制。 【答案】（1）平面内自由构件可作两个方向的移动和一个转动，共有3个自由度。（2）运动副是两个构件直接接触形成的可动连接，其作用是限制构件间的某些相对运动。（3）转动副和移动副均保留1个相对自由度，各限制2个相对自由度；转动副只允许相对转动，移动副只允许沿导轨方向相对移动。 【解析】平面机构自由度用于描述构件可能发生的独立运动数目。低副中的转动副、移动副均通过几何接触限制两个相对运动自由度。 32. 某自动送料装置采用曲柄滑块机构，由机架、曲柄、连杆和滑块组成。简述该机构的运动副构成，并说明其自由度及驱动要求。 【答案】（1）曲柄与机架之间、曲柄与连杆之间、连杆与滑块之间均构成转动副。（2）滑块与机架之间构成移动副，机构共有4个低副。（3）除机架外共有3个活动构件，机构自由度为1，需要设置1个独立原动件驱动曲柄转动。 【解析】该机构属于平面低副机构。按平面机构自由度计算式 ，代入 、，可得自由度为1。 33. 某平面分拣执行机构除机架外有5个活动构件，构件之间形成6个低副和1个高副。现拟采用电动机驱动该机构完成稳定的预定分拣动作。（1）计算该机构的自由度。（2）判断仅配置1台电动机能否使机构运动状态唯一确定。（3）说明使该机构能够按预定规律稳定工作的处理措施。 【答案】（1）机构自由度为 。（2）仅配置1台电动机不能使机构运动状态唯一确定。（3）可增加1个独立驱动输入，使两个自由度分别受控；也可增设适当约束，将机构自由度降为1。 【解析】（1）平面高副提供1个约束，低副提供2个约束，计算得机构有2个自由度。（2）自由度为2时需2个独立运动参数确定位置。（3）驱动数应与机构自由度相匹配，或通过增加约束减少独立运动数。 四、综合应用题（本大题共3小题，共18分） 34.（4分）某自动分拣设备采用平面四杆机构驱动摆臂，将输送带上的工件推入指定料道。该机构除机架外有3个活动构件，各构件之间形成4个低副，不含高副。（1）计算该平面四杆机构的自由度及总约束数。（2）判断该机构采用1台伺服电机驱动是否能够实现确定运动，并说明理由。（3）若其中一个转动副因销轴磨损产生较大间隙，分析其对摆臂运动精度的影响，并提出1项改进措施。 【答案】（1）平面机构自由度计算公式为。代入，，，得。总约束数为个。（2）能够。该机构自由度为1，只需1个独立驱动输入即可使各构件形成确定运动。（3）转动副间隙会使摆臂产生位置误差和冲击振动，导致推料位置不准。可更换磨损销轴和衬套，恢复合理配合间隙。 【解析】（1）F=3n−2PL−PH=3×3−2×4=1；总约束数为2PL+PH=8。（2）能实现确定运动，因自由度为1，只需1个独立驱动输入。（3）转动副间隙会引起摆臂位置误差、冲击和振动，降低推料精度；可更换销轴和衬套，恢复合理配合间隙。 35.（4分）某工业机器人末端抛光装置采用空间串联调整机构，装置除机架外有3个活动构件，构件之间依次采用3个转动副连接。每个转动副均可提供5个约束。（1）计算该空间调整机构的自由度。（2）判断该机构能否实现末端工具在空间中的6自由度独立定位，并说明理由。（3）为增加末端工具沿一个方向的独立直线调整功能，技术人员计划在机构中串联增加1个移动副和1个活动构件。计算改进后机构的自由度。 【答案】（1）空间机构自由度计算公式为。该机构的总约束数为。代入，得。（2）不能。该机构只有3个自由度，只能完成3个独立运动，不能实现空间位置和姿态共6个自由度的独立控制。（3）增加后，共有4个转动副或移动副，每个副提供5个约束。。改进后机构具有4个自由度。 【解析】（1）总约束数为3×5=15，F=6n−Σci=6×3−15=3。（2）不能，空间任意定位需6个独立自由度，而该机构仅有3个。（3）增加活动构件和移动副后，n=4、约束数为4×5=20，F=24−20=4，可增加1个直线调整自由度。 36.（10分）某数控焊接夹具采用平面连杆与凸轮复合机构实现工件夹紧和松开。该机构除机架外有6个活动构件，包含8个低副和1个高副。现有设计要求仅通过1台液压缸完成夹紧动作；后续生产工艺要求夹具增加一个可独立调节的侧向定位动作。（1）计算现有复合机构的总约束数和自由度。（2）判断现有机构能否同时由两台液压缸进行完全独立的驱动，并说明理由。（3）若在原机构中串联增加1个活动滑块和1个移动副，用于实现侧向定位调节，计算改进后机构的自由度，并说明液压驱动的配置要求。 【答案】（1）平面机构自由度计算公式为。总约束数为个。代入，得。（2）不能完全独立驱动。现有机构自由度为1，只允许1个独立输入运动；两台液压缸同时独立驱动会产生运动干涉或附加内力。（3）改进后，，。。改进后应配置2个可独立控制的液压驱动输入，分别控制夹紧动作和侧向定位动作。 【解析】（1）总约束数为2×8+1=17，F=3×6−17=1。（2）不能，两台液压缸的独立输入数超过机构自由度，会产生运动干涉或附加内力。（3）增加滑块和移动副后，n=7、PL=9，F=21−18−1=2，应配置2个独立控制的液压输入，分别驱动夹紧和侧向定位。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $